Desenvolvimento de um sistema automatizado de baixo custo para a secagem do resíduo de malte com integração entre CLP e Eletrônica de Potência
| dc.contributor.author | Amaral, Heberty Huilton | |
| dc.date.accessioned | 2025-10-21T13:53:16Z | |
| dc.date.available | 2025-10-21T13:53:16Z | |
| dc.date.issued | 2025 | |
| dc.description | Tese apresentada ao Programa de Pós-Graduação Interdisciplinar em Energia e Sustentabilidade da Universidade Federal da Integração Latino-Americana, como requisito parcial à obtenção do título de Doutor em Energia e Sustentabilidade. | |
| dc.description.abstract | A secagem é uma das operações unitárias com maior consumo energético, corresponde entre 8 a 20% da energia utilizada na indústria. Em razão disto, ocorre desperdício de energia em diversos processos de secagem industrial. Desta forma, é imprescindível investigar, projetar e implementar metodologias de controle para automatizar e elevar a eficiência energética de um processo de secagem dos produtos da indústria cervejeira. Embora, há estudos sobre técnicas de controle e sua relação com a eficiência energética, não houve relatos da técnica de controle empregada em um controlador lógico programável, o qual faz parte de um secador e sua função é controlar a temperatura em um processo de secagem e, sua correlação com a retirada de umidade do resíduo do malte em um secador de leito fixo. Apesar dos avanços em eficiência energética, a maioria dos estudos foca em eficiência na parte do controlador empregado, havendo pouca pesquisa sobre a união da área de eletrônica de potência com controlador lógico programável (CLP). Este trabalho confeccionou um secador de leito fixo e realizou a comparação de desempenho do controlador P (proporcional) e do controlador on-off em razão da retirada de água do resíduo do malte. Além disso, foi analisada entre os dois tipos de controladores o consumo elétrico (W) e energético na secagem dos resíduos, podendo ser utilizados futuramente como fontes de energia. A orientação metodológica adotada para este trabalho foi a pesquisa bibliográfica e a experimental, sendo a primeira orientada pela base de dados: portal capes, periódicos, google acadêmico, livros. Já a segunda foi a construção do secador de leito fixo desde a parte mecânica até construção de circuitos e programação dos hardwares. Os resultados demonstraram-se que o secador com a abordagem de controle P consumiu mais energia do que quando controlado pela abordagem on-off, em torno de 28%. No entanto, o secador controlado pela abordagem proporcional removeu umidade em aproximadamente 65%. Logo, com esse nível de retirada de água do resíduo do malte, comprovou-se que a eficiência energética (no caso a elétrica) nem sempre faz a remoção de umidade para um nível adequado para se tornar uma possível fonte de energia. Outro fato, foi a conexão entre o CLP com um circuito de eletrônica potência, o qual resultou em uma economia de 24% e a união de duas áreas que são a eletrônica de potência com a área de eletrotécnica que antes trabalhavam de forma isolada, tornando-se um caminho promissor a junção destas áreas. Resumen El secado es una de las operaciones unitarias que consumen más energía, representando entre el 8% y el 20% de la energía utilizada en la industria. Debido a esto, se desperdicia energía en diversos procesos de secado industrial. Por lo tanto, es esencial investigar, diseñar e implementar metodologías de control para automatizar y aumentar la eficiencia energética de los procesos de secado de productos cerveceros. Si bien existen estudios sobre técnicas de control y su relación con la eficiencia energética, no se han reportado informes sobre la técnica de control empleada en un controlador lógico programable (PLC), que forma parte de un secador y funciona para controlar la temperatura durante el proceso de secado, y su correlación con la eliminación de humedad de los residuos de malta en un secador de lecho fijo. A pesar de los avances en eficiencia energética, la mayoría de los estudios se centran en la eficiencia del propio controlador, con poca investigación sobre la integración de la electrónica de potencia con los PLC. Este estudio diseñó un secador de lecho fijo y comparó el rendimiento del controlador P (proporcional) y el controlador de encendido-apagado en términos de eliminación de agua de los residuos de malta. Además, se analizó el consumo eléctrico (W) y energético de los dos controladores durante el secado de los residuos, lo que podría utilizarse como futuras fuentes de energía. El enfoque metodológico adoptado para este trabajo consistió en una investigación bibliográfica y experimental. La primera se basó en el portal CAPES, publicaciones periódicas, Google Académico y libros. La segunda consistió en la construcción del secador de lecho fijo, desde la parte mecánica hasta la construcción del circuito y la programación del hardware. Los resultados demostraron que el secador con el enfoque de control P consumió aproximadamente un 28 % más de energía que el controlado con el enfoque de encendido-apagado. Sin embargo, el secador controlado con el enfoque proporcional eliminó aproximadamente el 65 % de la humedad. Por lo tanto, con este nivel de eliminación de agua del residuo de malta, se demostró que la eficiencia energética (en este caso, la eficiencia eléctrica) no siempre elimina la humedad a un nivel adecuado para convertirse en una fuente potencial de energía. Otro hecho fue la conexión entre el PLC y un circuito de electrónica de potencia, que resultó en un ahorro del 24 % y la unión de dos áreas, la electrónica de potencia y la ingeniería eléctrica, que anteriormente trabajaban de forma aislada, lo que convierte la unión de estas áreas en un camino prometedor. | |
| dc.identifier.uri | https://dspace.unila.edu.br/handle/123456789/9386 | |
| dc.language.iso | vi | |
| dc.rights | openAccess | |
| dc.subject | automação industrial | |
| dc.subject | secagem | |
| dc.subject | eficiência energética | |
| dc.subject | resíduos | |
| dc.title | Desenvolvimento de um sistema automatizado de baixo custo para a secagem do resíduo de malte com integração entre CLP e Eletrônica de Potência | |
| dcterms.abstract | Drying is one of the most energy-intensive unit operations, accounting for between 8 and 20% of the energy used in industry. Because of this, energy is wasted in various industrial drying processes. Therefore, it is essential to investigate, design, and implement control methodologies to automate and increase the energy efficiency of drying processes for brewing products. Although studies on control techniques and their relationship to energy efficiency exist, there have been no reports on the control technique employed in a programmable logic controller, which is part of a dryer and functions to control the temperature during a drying process and its correlation with moisture removal from malt residue in a fixed-bed dryer. Despite advances in energy efficiency, most studies focus on the efficiency of the controller itself, with little research on the integration of power electronics with programmable logic controllers (plcs). This study designed a fixed-bed dryer and compared the performance of the P (proportional) controller and the on-off controller in terms of water removal from malt residue. Furthermore, the electrical (W) and energy consumption of the two controllers during drying the residues were analyzed, which could be used as future energy sources. The methodological approach adopted for this work was both bibliographical and experimental research, with the first guided by the CAPES portal, periodicals, Google Scholar, and books. The second involved the construction of the fixed-bed dryer, from the mechanical part to circuit construction and hardware programming. The results demonstrated that the dryer with the P control approach consumed approximately 28% more energy than the one controlled by the on-off approach. However, the dryer controlled by the proportional approach removed approximately 65% of moisture. Therefore, with this level of water removal from the malt residue, it was demonstrated that energy efficiency (in this case, electrical efficiency) does not always remove moisture to a level adequate to become a potential energy source. Another fact was the connection between the PLC and a power electronics circuit, which resulted in a saving of 24% and the union of two areas, power electronics and electrical engineering, which previously worked in isolation, making the union of these areas a promising path. |
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